CN109632174A - 一种动力电池螺栓扭力智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种动力电池螺栓扭力智能监控系统，包括主框架、气缸、X方向光栅、Y方向光栅和上位机，所述主框架为矩形结构，其上下两侧分别通过上下光栅支架固定安装Y方向光栅的发射端和接收端；其左右两侧均通过气缸安装支架安装有气缸，两个所述气缸的活动端分别通过左右光栅支架固定安装X方向光栅的发射端和接收端；所述X方向光栅、Y方向光栅均通过通讯接口连接上位机。本发明增加位置监控，使用光栅进行扭力锁紧定位，做到对每一个位置的螺栓进行实施扭矩的监控、追溯，彻底杜绝漏打扭矩问题，做到不制造、不流出不良品，保证产品质量。

Description

一种动力电池螺栓扭力智能监控系统

技术领域

本发明创造属于新能源汽车动力电池制造领域，尤其是涉及一种动力电池螺栓扭力智能监控系统。

背景技术

动力软包电池有安全性高、重量轻、能量高等特点，因此广泛用于汽车动力电池中。模组是动力软包电池的重要组成部分，在组装模组时需要对多个电芯进行串、并联连接，而连接方式主要以螺栓连接为主。

某型号模组约16组电芯，每组电芯由4个螺栓进行电连接紧固，每个模组共需要紧固电连接螺栓：16*4＝64个螺栓。

目前主要是由人工使用电动扭矩扳手对螺栓进行紧固操作，但是由于螺栓过多，在进行螺栓拧紧过程中很容易出现螺母漏打扭力的情况，并且由于螺母是在上工序已经完成预拧紧操作，此工序只是进行单纯的扭矩拧紧，因此如果有漏拧扭力的情况也很难发现，由于扭力系统自带编程计数功能，因此目前只能通过螺栓数量的方式进行管控，即每个模组必须拧紧合格的设定螺栓数量后系统才能判定该工序已经完成，但是单纯计数无法从根本上杜绝漏打扭力的问题。

由于在扭矩拧紧的前工序已经完成预拧紧，电连接片、采样线已经有一定的金属接触，因此在后面的测试中也很难发现，具有这种问题的动力电池系统一旦流入终端用户，将带来电动汽车行驶过程中趴窝的严重后果。

现有技术中，通过计数+扭矩控制进行管控的方式会出现如下弊端：

(1)假如员工在进行扭力锁紧操作结束后，系统提示少打了一颗螺栓，但是通过目视的方法很难找到到底是哪颗螺栓少打了扭力，由于产量急迫，员工顺便找了一个螺栓进行了二次锁紧操作，系统计数后判定所有螺栓扭力合格，模组放行，至此具有隐患的模组流入了下个工序。

(2)当动力电池系统在用户手中发生异常后，由于追溯系统中只能查询到这个模组电连接螺栓的扭力，但是不能和模组中的螺栓位置进行一一对应，不利于对产品进行追溯和异常分析。

(3)由于无法对员工锁紧螺栓的位置进行监控，因此无法通过技术手段规避员工未按顺序锁紧螺栓的情况，只能靠人工自觉执行。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种动力电池螺栓扭力智能监控系统，增加位置监控，做到对每一个位置的螺栓进行实施扭矩的监控，彻底杜绝漏打扭矩问题。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种动力电池螺栓扭力智能监控系统，包括主框架、气缸、X方向光栅、Y方向光栅和上位机，所述主框架为矩形结构，其上下两侧分别通过上下光栅支架固定安装Y方向光栅的发射端和接收端；其左右两侧均通过气缸安装支架安装有气缸，两个所述气缸的活动端分别通过左右光栅支架固定安装X方向光栅的发射端和接收端；所述X方向光栅、Y方向光栅均通过通讯接口连接上位机。

进一步的，所述X方向光栅和Y方向光栅定时扫描，若有光轴被挡住，则把挡住的光轴位置信息采用一定的编码方式通过485接口上传至上位机。

进一步的，所述X方向光栅和Y方向光栅的数据传输协议相同，均为：

每扫描一帧，就发送一帧数据，格式为：起始码、光栅地址、光轴数据，其中光轴数据的长度依光轴数而定，光轴数据的每bit对应一条光轴，字节按位从低到高依次排列，光轴位数据0、1代表遮光状态和通光状态。

进一步的，所述上位机连接数据追溯服务器，数据追溯服务器用于存储实时采集的模组条码、螺栓位置、螺栓扭力、扭力是否正常的信息。

进一步的，所述主框架由4个铝型材通过角码连接构成矩形结构，对于端部裸露的铝型材通过型材盖进行封堵。

进一步的，所述气缸上设有气缸调速阀。

进一步的，所述主框架底部设有用于与倍速链线体固定连接的连接件。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

(1)本发明增加位置监控，使用光栅进行扭力锁紧定位，做到对每一个位置的螺栓进行实施扭矩的监控、追溯，彻底杜绝漏打扭矩问题，做到不制造、不流出不良品，保证产品质量。

(2)本发明系统无机械运动机构，整机寿命长，免维护；使用灵活，可安装在线体上、地上等，无安装局限性；整机非常节能，总耗电功率在5W以下；无需改变员工的操作习惯、无额外增加的操作负担；

(3)本发明能够实时读取当前螺栓锁紧的操作位置，在某一位置螺栓锁紧合格后，员工无法在同样的位置进行二次拧紧操作；当某个模组进行扭矩锁紧完成后，发现少打了一个螺栓，系统会自动提示漏打螺栓的位置并进行记录，方便返修人员对模组进行返修操作；当螺栓锁紧过程中某颗螺栓扭矩发生异常，系统会自动记录、上传异常螺栓的位置和扭矩等数据；当员工没有按照规定的顺序进行螺栓锁紧时，系统自动报警并停止运行扭力扳手。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述监控系统的结构示意图；

图2为本发明创造实施例所述监控系统的使用状态图。

附图标记说明：

1-主框架，2-型材盖，3-角码，4-气缸安装支架，5-气缸，6-气缸调速阀，7-左右光栅支架，8-上下光栅支架，9-连接件，10-X方向光栅，11-Y方向光栅，12-倍速链线体。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种动力电池螺栓扭力智能监控系统，包括主框架1、气缸5、X方向光栅10、Y方向光栅11和上位机，

如图1所示，所述主框架1为矩形结构，其上下两侧分别通过上下光栅支架8固定安装Y方向光栅11的发射端和接收端；其左右两侧均通过气缸安装支架4安装气缸5，两个所述气缸5的活动端分别通过左右光栅支架7固定安装X方向光栅10的发射端和接收端；所述X方向光栅10、Y方向光栅11均通过通讯接口连接上位机。

所述X方向光栅10和Y方向光栅11在一定时间内扫描一次，若有光轴被挡住，则把挡住的光轴位置信息采用一定的编码方式通过485接口上传至上位机。

所述X方向光栅10和Y方向光栅11的数据传输协议相同，均为：

(1)波特率为115200bps，采用485通讯接口发送。

(2)每扫描一帧，就发送一帧数据，格式为：0Xaaaa、0Xxx、0Xxx……xx，分别为起始码、光栅地址、光轴数据；

其中：

a、数据发送规则—低字节在前，低位bit在前。

b、数据帧格式：1bit起始位+8bit数据位+1bit’奇校验’+1bit停止位。

c、光轴数据每bit对应一条光轴，按字节按位从低到高依次排列，每条光轴对应的存储位置为：所处的字节＝光轴数÷8，得数向下取整。所处的位＝光轴数－所处的字节×8－1。比如第28条光轴，所处的字节＝28÷8＝3.5，向下取整得3，所处的位＝28－3×8－1＝3，也就是第28条光轴的状态信息位于光轴数据的第3字节第3位。(注意，数据是从0起算的)

d、光轴位数据，遮光状态为“1”，通光状态为“0，无效的光轴位数据(无光轴对应的)恒为“0”。

(3)每帧数据总长度(字节)：2(起始码)+1(光栅地址)+X(光轴数据)，其中光轴数据的长度依光轴数而定—光轴数除以32，得数向上取整，再乘以4。比如有400条光轴，计算如下：400÷32＝12.5，向上取整得13，则光轴数据长度为13×4＝52字节。

所述上位机连接数据追溯服务器，数据追溯服务器用于将模组条码、螺栓位置、螺栓扭力、扭力是否正常等信息实时上传至数据追溯服务器中；同时通过简单的软件会实时提醒操作人员正确的操作顺序。

所述主框架1由4个型材通过角码3连接构成矩形结构，对于端部裸露的型材通过型材盖2进行封堵。所述主框架1用于安装总体部件的机构，起到支撑总体机构的作用。型材盖2为对两端进行封堵的塑料盖，起到美观和防止型材切口划伤人员的作用。

所述气缸5的作用为：当产品流入操作位时，左右气缸5伸出，将左右两侧连接的X方向光栅10置入对射工作位置，当产品加工完成后，气缸5缩回，避免产品在流转过程中与X方向光栅10发生碰撞而损坏X方向光栅10。

所述气缸5上设有气缸调速阀6，用于控制气缸5的伸出速度，气缸5的伸出速度过快会导致气缸5的寿命减短、X方向光栅10受到过大震动而损坏等情况。

所述主框架1底部设有用于与倍速链线体12固定连接的连接件9，如图2所示，使用时通过螺栓固定在倍速链线体12上。

本发明所述监控系统的工作原理如下：

在模组的组装流水线上安装两组光栅，左右为X方向的发射、接收光栅；上下为Y方向的发射、接收光栅。每组光栅由多个红外线光轴组成，每5mm分布一个光轴，两组光栅形成一个红外线组成的光轴网；

X方向光栅10和Y方向光栅11在几毫秒内扫描一次是否有光轴被挡住，并把被挡住的光轴的位置通过一定的编码方式通过485接口上传至上位机。

员工在对螺栓打扭力的时候所使用的套筒会挡住X、Y方向的光轴，这两组光栅通过485接口将会分别输出X、Y方向的坐标值到上位机。

上位机根据员工打的第一颗螺栓建立其它螺栓的所有位置(事先已经将所有螺栓的相对位置、扭力拧紧顺序输入到上位机中)。

员工如果没有按照顺序进行螺栓锁紧，系统自动报警停机。

所述监控系统会将模组条码、螺栓位置、螺栓扭力、扭力是否正常等信息实时上传至与上位机数据连接的数据追溯服务器中；同时通过软件会实时提醒操作人员正确的操作顺序。

本发明属于光栅定位方式在新能源汽车动力电池组装过程中的应用。实现使用光栅进行位置定位+使用扭力系统进行扭矩监控+使用上位机进行计数监控并上传数据的全方位螺栓锁紧控制系统。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种动力电池螺栓扭力智能监控系统，其特征在于：包括主框架、气缸、X方向光栅、Y方向光栅和上位机，

所述主框架为矩形结构，其上下两侧分别通过上下光栅支架固定安装Y方向光栅的发射端和接收端；其左右两侧均通过气缸安装支架安装有气缸，两个所述气缸的活动端分别通过左右光栅支架固定安装X方向光栅的发射端和接收端；

所述X方向光栅、Y方向光栅均通过通讯接口连接上位机。

2.根据权利要求1所述的一种动力电池螺栓扭力智能监控系统，其特征在于：所述X方向光栅和Y方向光栅定时扫描，若有光轴被挡住，则把挡住的光轴位置信息采用一定的编码方式通过485接口上传至上位机。

3.根据权利要求2所述的一种动力电池螺栓扭力智能监控系统，其特征在于：所述X方向光栅和Y方向光栅的数据传输协议相同，均为：

每扫描一帧，就发送一帧数据，格式为：起始码、光栅地址、光轴数据，其中光轴数据的长度依光轴数而定，光轴数据的每bit对应一条光轴，字节按位从低到高依次排列，光轴位数据0、1代表遮光状态和通光状态。

4.根据权利要求1所述的一种动力电池螺栓扭力智能监控系统，其特征在于：所述上位机连接数据追溯服务器，数据追溯服务器用于存储实时采集的模组条码、螺栓位置、螺栓扭力、扭力是否正常的信息。

5.根据权利要求1所述的一种动力电池螺栓扭力智能监控系统，其特征在于：所述主框架由4个铝型材通过角码连接构成矩形结构，对于端部裸露的铝型材通过型材盖进行封堵。

6.根据权利要求1所述的一种动力电池螺栓扭力智能监控系统，其特征在于：所述气缸上设有气缸调速阀。

7.根据权利要求1所述的一种动力电池螺栓扭力智能监控系统，其特征在于：所述主框架底部设有用于和倍速链线体固定连接的连接件。